一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺

摘要

一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺，包括生物絮凝环节与多介质过滤环节，将经格栅处理后的海水送入生物絮凝池，生物絮凝池采用下流式设计，内充填料烁石，滤料层高度3m，设计水力负荷为10m

说明书

技术领域

本发明属于海水淡化预处理技术领域，特别涉及一种用于海水反渗透法的 生物预处理工艺。

背景技术

原海水中含有大量的悬浮颗粒、胶体、大颗粒有机物、藻类、微生物和 大量的金属盐等。原海水直接进入反渗透系统会污染反渗透膜，影响反渗透 膜的使用寿命。对海水进行预处理是减缓膜污染，延长膜使用寿命，降低清 洗次数，保证反渗透系统长期稳定运行的关键。常规预处理工艺的方案包括 杀菌灭藻、混凝沉淀、过滤除浊、脱气、软化等工艺步骤，过程繁琐、工艺 复杂，成了束缚膜法海水淡化发展的一个重要因素。现有反渗透法海水淡化 前端进水预处理工艺，多采用投加化学药剂结合超滤技术降低海水的SS值 和总有机物含量，该技术存在设备投资和药剂成本较高，残留的药剂对反渗 透膜有一定的腐蚀性等问题。

现有预处理工艺分为一级预处理工艺和二级预处理工艺，一级预处理工 艺包括混凝沉淀、气浮、吸附等，二级预处理工艺包括多介质过滤、微滤、 超滤、纳滤等。国外海水水质好的地区，常采用多介质过滤作为主要预处理 工艺；我国的海水SS值高，有机物含量高，若处理效果达不到反渗透系统 进水要求，会污染反渗透膜系统，缩减反渗透膜的使用寿命。国内外流行的 预处理工艺只能去除SS，无法去除海水中的溶解性有机物，这对我国海水淡 化工艺的预处理技术带来了挑战。为保证反渗透系统海水进水的水质，我国 的海淡预处理技术基本以加药杀菌+混凝沉淀+DAF+UF为主，不仅工艺复 杂，工程投资较高，运行费用（超滤膜更换、化学药剂投加量大）也较高。 同时，为避免水藻等水生生物在进水口富集生长问题，需要投加氧化剂，防 止生物生长。投加的氧化剂一般要求过量投加，但氧化剂又会对反渗透膜产 生不可逆损伤，造成膜损坏。因此，在反渗透膜前又需要投加还原剂，额外 增加了运行成本。生物死亡后被氧化成有机物残留在进料海水中，这部分有 机物在反渗透膜系统积累，在还原条件下，成为微生物的生长碳源，导致反 渗透膜的生物污染，降低反渗透系统的性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于海水反渗 透法的生物预处理工艺，以污水处理工艺中的生物絮凝技术为基础，根据反 渗透膜进水水质的要求和我国海水的实际情况，通过投加填料，富集海水中 有益微生物，实现降低进料海水的SS值和总有机物含量，与现有主流技术 相比，减少了设备和药剂成本，避免了残留药剂对反渗透膜的腐蚀，同时， 能有效降低进料海水中的有机物含量，处理后出水水质指标可达到反渗透膜 进水要求。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺，包括生物絮凝环节与多介质过 滤环节，所述生物絮凝环节中，将经格栅处理后的海水送入生物絮凝池，生物 絮凝池采用下流式设计，内充填料烁石，滤料层高度3m，设计水力负荷为10m³/ （m²·h），停留时间8～12min，利用海水中原有微生物，通过填料富集后，在 去除海水中有机物（COD）的同时产生生物絮凝作用；所述多介质过滤环节中， 将经过生物絮凝处理后的海水送入多介质过滤系统，进而去除海水中的SS，保 证海水经过预处理系统后，满足反渗透系统进水要求（SDI<5，浊度<0.5NTU）。

所述格栅处理中，在取水口设置间距10mm的格栅，海水通过所述格栅， 然后通过提升泵提升送入生物絮凝池，利用重力下流，穿过填料层，通过控制 水中溶解氧DO>7mg/L，pH=7.5～8.5，对微生物进行选择性培养，并通过烁石填 料实现微生物的富集。

所述生物絮凝环节中，生物絮凝池设置有反冲洗装置，利用反冲洗过程去 除絮凝装置中产生的污泥，控制池中污泥沉积不大于4～9kg/m²。

所述生物絮凝环节中，控制池中C/N>10。

所述生物絮凝环节中，控制池中温度在20℃～25℃之间。

所述多介质过滤环节中，控制进水中总悬浮固体量不高于50mg/L。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）工艺简单：通过生物絮凝+多介质过滤预处理技术可以同时去除SS和 有机物。

（2）高效性：在用量相同的情况下，微生物絮凝的速度大于常规絮凝剂， 并且其絮凝物采取过滤等比较简单的操作即可除去。

（3）无需加药，降低运行成本：通过微生物自身分泌的胞外多聚物等形成 生物絮凝作用，同时，微生物生长过程可有效去除原海水中的有机物，不仅减 少了药剂费支出，还可避免残留药剂对反渗透膜的腐蚀，有效提高了反渗透系 统进水水质。

（4）安全无毒性，无环境污染：由于没有加药，所有生物均来自于原海水 生态环境，预处理系统反冲洗水不会造成环境污染。

（5）无需长时间曝气：相比于污水，海水往往处于富氧状态，溶解氧浓度 高，不需要长时间曝气即可满足微生物生长所需氧气，降低了工程运行费用和 设备维护费用。

附图说明

图1是本发明生物絮凝池结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，一种用于海水反渗透法的生物预处理工艺，包括生物絮凝环 节与多介质过滤环节，生物絮凝环节中，将经格栅处理后的海水送入生物絮凝 池，利用海水中原有微生物，通过填料富集后，产生生物絮凝作用；多介质过 滤环节中，将经过生物絮凝处理后的海水送入多介质过滤系统，进而去除海水 中的SS，保证海水经过预处理系统后，满足反渗透系统进水要求（SDI<5，浊 度<0.5NTU）。

本发明生物絮凝环节中，在取水口设置间距10mm的格栅，防止藻类、鱼 类等生物进入系统，通过提升泵提升送入生物絮凝池，生物絮凝池结构如图1， 采用下流式设计，池顶部设置溢流槽1，原海水加药后经过溢流槽1流入池中， 池中填充砾石填料，曝气头6位于池底，并在池底设置反冲洗装置。原海水通 过提升泵提升进入生物絮凝池，对原海水pH、ORP和DO进行在线监测，确保 pH与DO值在控制范围内，图中加药装置用来调节pH值。在重力作用下，海 水从上往下穿过填料层，填料层厚度3m，填料材质烁石，在底部通过集水管收 集，进入二级预处理系统（多介质过滤）。

海水中存在多种类型的微生物，不同类型微生物生长最佳环境有所差异， 进入生物絮凝池的海水利用重力下流，穿过砾石填料层，通过控制水中溶解氧 （DO>7mg/L）、pH（7.5～8.5）、水力负荷（10m³/（m²·h））和水力停留时间 （8～12min）等，对微生物进行选择性培养，并通过烁石填料实现微生物的富集。 微生物在好氧新陈代谢的过程中，可去除海水中的有机物，同时，其胞壁分泌 出多糖类产物，微生物死亡后分解出蛋白质、多肽和纤维素类物质，这些物质 在水体中通过电中和、吸附架桥、沉淀网捕等作用，在相互作用中逐渐长大， 形成粒径分布在0.5～1mm区间、具有较大表面积的颗粒物，这些颗粒物具有较 高的表面电势，可有效捕获水体中其他的不溶性悬浮颗粒如泥沙、固体颗粒物 等，实现生物絮凝作用。

生物絮凝池有效水深为1m，并增设反冲洗系统，反冲洗进水管5接在池底 的处理水排管4上，反冲洗进气管7与曝气头6共用气源，在反冲洗进气管7 和反冲洗进水管5的作用下进行气水混合反冲洗，气冲强度15L/（s·m²），冲 洗时间4min；气水同时反冲时，水冲强度4L/（s·m²），冲洗时间4min；最 后水冲强度仍为4L/（s·m²），冲洗时间2min，总的反冲时间约10min。通过 调节反冲洗空气管道的进气量来控制不同的反冲洗强度，以保证最佳的絮凝条 件，反冲洗后的用水从池上部的反冲洗水排放管2以及中间排水管3排出。

根据有益微生物生长的最佳环境，通过对海水的以下调节，实现有益微生 物的优势生长，并使之按照目标进行新陈代谢活动：

1.足够的混合度。需要提供足够的水体混合强度，才能创造颗粒物、细菌、 溶解有机物的接触机会，形成絮凝体。在实施过程中，通过控制水力负荷、停 留时间，来实现混合的效果。

2.氧气含量。有益微生物新陈代谢的活动属于好氧代谢，由于海水中存在浮 游植物，海水中氧气含量较为充足（DO>7mg/L），基本无需曝气或放置增氧机， 仅需控制海水在絮凝装置中停留的时间，以保证好氧代谢占主导地位。为防止 溶解氧过低，在絮凝池下部设有曝气装置。

3.污泥。通过反冲洗过程可以去除絮凝装置中产生的污泥，在装置中，控制 污泥沉积不大于4～9kg/m²。

4.碳源和C/N。作为细菌的能量来源，碳源的种类和数量很大程度上决定 了絮体的形成。根据研究表明，形成良好生物絮体的C/N>10。

5.温度。温度是微生物代谢的主要因素，水温不是容易调节的因素，特别 是外部气候条件决定了温度，限制了絮体的形成。研究发现絮体的强度和形态 同温度有密切的关系。一般情况下，在20℃～25℃是絮体形成的最佳温度条件， 也是该工艺最佳运行条件。

6.pH。pH可以改变水体中絮体颗粒的正负电荷，导致颗粒间形成絮体的能 力改变。反渗透进水要求也限制了pH的范围。本方法中，进行生物絮凝的pH 范围保持在7.5～8.5比较合适。

7.总悬浮固体量。水环境中总的悬浮固体量(Total suspended solids，TSS)是 影响絮体形成的重要因素之一。水体中TSS浓度会影响絮体的形成，一般来说， 总悬浮固体量高，易形成絮体，但过高会影响处理效果。本装置进水TSS浓度 不高于50mg/L。

经生物絮凝处理后的海水进入多介质过滤池，可去除水中的SS值，多介质 过滤池的出水可进入反渗透系统，污泥水可回流至生物絮凝池。

本发明工艺原理是以污水处理工艺中的生物絮凝技术为基础，对海水中的 有益微生物的选择性培养，通过其生长代谢去除水体中的有机物，从而降低原 海水中总有机物的含量；同时在微生物的生长代谢过程中，通过控制微生物保 持在对数生长期后期，让细胞不断增殖，同时也产生各种胞外多聚物等大分子， 借助离子键、氢键和范德华力，吸引多个胶体颗粒，在颗粒中起“中间桥梁” 的作用，形成一种网状三维结构而沉淀下来而产生絮凝沉淀作用，从而通过后 端的多介质过滤系统，有效降低进水的SS值。